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文檔簡介
1、地表風(fēng)場特性的模擬是土壤風(fēng)蝕研究的一項重要的基礎(chǔ)性工作,隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值風(fēng)洞的方法在該模擬研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。
本文基于土壤風(fēng)蝕風(fēng)洞中湍流渦發(fā)生器的設(shè)計,利用計算流體動力學(xué)(CFD)軟件Fluent對NK-1可移動式風(fēng)蝕風(fēng)洞中典型農(nóng)田風(fēng)蝕地表風(fēng)場上的大氣邊界層進行數(shù)值模擬,提出引入多孔介質(zhì)模型的方法將原非規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)的棒柵進行替代計算,最終得到棒柵-粗糙元的優(yōu)化分布,并通過室內(nèi)風(fēng)洞實驗進行驗證。結(jié)果
2、顯示,風(fēng)洞實驗實測與模擬所得剖面的相關(guān)系數(shù)為0.974,效果較理想,從而驗證了用棒柵-粗糙元組合作為湍流渦發(fā)生器來模擬大氣邊界層是可行的。
同時,本文針對NK-1風(fēng)洞的收縮段+試驗段建立了全尺度模型,將被動模擬技術(shù)中的棒柵、粗糙元裝置引入到數(shù)值風(fēng)洞中,開展了對大氣邊界層風(fēng)場的數(shù)值模擬研究,并得到了棒柵-粗糙元模擬裝置及相關(guān)運行參數(shù)對風(fēng)洞中流場特性的影響。首先,棒柵對邊界層流場的形成主要起“粗調(diào)”作用,改變棒柵間距則會對流場
3、產(chǎn)生一定的影響;其次,粗糙元對邊界層流場的形成主要起“細調(diào)”作用,它僅對近地面的風(fēng)速剖面產(chǎn)生影響,對流場湍流強度分布主要起到分化、穩(wěn)定、平衡的作用;第三,隨著入口氣流速度的增加,所得的風(fēng)速剖面和湍流強度數(shù)值依次增大,但風(fēng)速梯度逐漸變小,而湍流強度在風(fēng)洞上下兩端增幅較中間部分大;最后,速度場在離粗糙元鋪設(shè)結(jié)束0.6m之后已經(jīng)發(fā)展完全,中軸線上的速度剖面幾乎不再隨測量位置x的增加而變化,而湍流強度會在風(fēng)洞上下兩端有增大趨勢,而中間部分略有減
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